Řídicí systém stanoviště zavážecího stroje pro Elektrárnu Temelín

Řídicí systém stanoviště zavážecího stroje pro Elektrárnu Temelín

Počátkem roku 2001 začala rekonstrukce a modernizace zavážecího stroje ZSII určeného pro druhý hlavní výrobní blok jaderné elektrárny v Temelíně (ETE). Firma DEL, a. s., zajistila pro ČEZ – ETE jako konečného zákazníka komplexní dodávku řídicího systému zavážecího stroje, která zahrnovala projekt, výrobu, montáž a seřízení systému u zákazníka spolu se zajištěním kvalitního servisu. Současně s novým řídicím systémem byl dodán simulátor zavážecího stroje pro výcvik operátorů. V rámci modernizace zavážecího stroje bylo vybudováno nové a plně redundantní operátorské stanoviště obsahující také funkce pro práci s daty.

Rozsah projektu
Zavážecí stroj ZSII, typ V-1000-3M-U4.2 (dodavatel GANZ, Maďarsko), je součástí souboru zařízení pro obsluhu reaktoru VVER 1000, přesněji souboru technologického a transportního vybavení systému výměny paliva. Zavážecí stroj je umístěn v ochranné obálce (kontejnmentu) budovy reaktoru na reaktorovém sále a vykonává transportní operace s určenými předměty (palivové soubory, klastry, hermetická pouzdra aj.). Průběh jeho modernizace je možné rozdělit do dvou etap.

V první etapě bylo třeba demontovat stávající řídicí systém a nahradit ho novým. Původní nepřesný a nespolehlivý systém odměřování polohy pomocí selsynů byl nahrazen novým systémem na bázi optoelektronických snímačů absolutní polohy od firmy T+R a rovněž nevyhovující systém pro vyhodnocování zatěžovacích sil moderním systémem na bázi modulárního řešení od firmy HBM. Dále byl v řídicí místnosti demontován původní rozváděč, který je nahrazen novým rozváděčem z výroby firmy DEL, splňujícím všechny podmínky pro provoz v jaderné elektrárně. Původní operátorské stanoviště bylo nahrazeno novým, vybaveným průmyslovými počítači Siemens. V rámci první etapy byly oživeny jednotlivé prvky systému a zprovozněno základní ovládání zavážecího stroje v ručním nechráněném a ručním chráněném režimu.

Ve druhé etapě modernizace byl především zprovozněn zavážecí stroj v poloautomatickém a automatickém režimu, byly naladěny a otestovány veškeré operace z různými převáženými předměty a důsledně prověřeny všechny blokády pohybu zavážecího stroje. Dále bylo nutné do systému začlenit okruh ovládání tyče s televizním systémem určeným ke sledování manipulace s předměty pod vodou (obr. 1). Implementací poloautomatického a automatického režimu byl minimalizován počet zásahů operátorů a bylo sníženo riziko vyplývající z případného selhání lidského faktoru.

Další částí druhé etapy modernizace byla dodávka nového simulátoru zavážecího stroje ZSII, na kterém lze modelovat různé provozní situace a který zároveň slouží k výcviku operátorů. S ohledem na nezbytnou bezpečnost a jednoznačnost je simulátor řešen jako autonomní systém zcela oddělený od reálného stroje. To přináší i výhody ekonomické, protože simulátor může být umístněn mimo prostory aktivních zón a tudíž se ušetří náklady na prostředky a činnosti jinak spojené s pohybem pracovníků v aktivních zónách elektrárny. Z důvodů co nejvěrnější simulace funkce zavážecího stroje je nový simulátor sestaven ze stejných komponent, které jsou použity pro řízení reálného stroje. Jednotlivé komponenty simulátoru lze v případě potřeby použít jako náhradní díly pro reálný stroj, takže není nutné mít je neustále samostatně na skladě.

Hardwarové řešení s ohledem na redundanci celého systému
Pro řízení zavážecího stroje je použit redundantní systém PLC Siemens Simatic S7-400H (třída Fault-Tolerant System). Jde o prostředky, které vycházejí z řady programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC) Simatic S7 a jsou doplněné o funkce zajištující bezpečný a nepřerušovaný chod systému. Základem systému jsou dvě procesorové jednotky CPU 414-4H. V každé z nich jsou obsaženy dva tzv. synchronizační moduly propojené s druhou procesorovou jednotkou pomocí optického vlákna. Řídicí program běží současně v obou procesorových jednotkách. Prostřednictvím synchronizačních modulů jsou výsledky jeho činnosti v obou jednotkách navzájem porovnávány v reálném čase.

Připojení I/O jednotek je řešeno redundantními sběrnicemi Profibus-DP. Samotné I/O jednotky jsou koncipovány na bázi distribuovaných periférií ET 200M s moduly rozhraní a aktivními sběrnicovými moduly. Přijaté řešení umožňuje redundantně připojit všechny I/O i zajistit jejich záskokové funkce při přepínání z pasivního do aktivního režimu a naopak.

Takto řešený systém PLC umožňuje nejen realizovat tzv. horkou zálohu řídicího procesoru, ale i vyměnit poškozené moduly rozhraní a I/O karet, popř. procesorů, za chodu stroje.

Nové operátorské stanoviště je založeno na dvou průmyslových PC Siemens řady Simatic RI45 PIII. Operátorská stanoviště jsou se systémem PLC propojena na bázi Fault-Tolerant S7 Connection, který umožňuje realizovat spojení pomocí průmyslového Ethernetu (Industrial Ethernet podle specifikace IEEE 802.3). Jako rozhraní pro komunikaci ze strany PLC jsou použity dva komunikační procesory CP 443-1, ze strany PC komunikační karty Siemens CP1613 (pro zachování podmínek redundantního spojení jsou v každém PC instalovány dvě komunikační karty). Jako multiplexery jsou použity moduly Simatic Net Industrial Ethernet OLM V2.0/ELM. Při použití softwaru S7 Redconnect umožňuje dané řešení spolupráci obou operátorských stanic s tou procesorovou jednotkou systému PLC, která je právě aktivní, a dále umožňuje automaticky přepínat komunikaci v případě poruchy nebo výpadku jednoho z procesorů S7-400H včetně jejich komunikačních karet nebo linek.

Vlastní operátorské stanice jsou mezi sebou propojeny samostatnou linkou Ethernet. Komunikace byla rozdělena na Industrial Ethernet a Ethernet proto, aby byla zajištěna bezpečnost dat a zvýšila se propustnost jednotlivých sítí (v současnosti se v technologii sleduje a asi 12 800 parametrů).

Pro řešení havarijních a jiných nestandardních situací je systém řízení zavážecího stroje vybaven jednoduchým ovládacím stanovištěm s operátorským panelem Siemens OP7. Panel OP7 je k redundantním procesorovým jednotkám připojen přepínatelnou linkou MPI.

Software
Jako vizualizační nástroj byl zvolen program Siemens WinCC 5.0 SP2. Přínosem volby WinCC bylo snadné nakonfigurování a vývoj aplikace tak, aby byly splněny všechny požadavky na sledování chování a ovládání zavážecího stroje, redundanci a archivaci dat, zabezpečení a ochranu před neoprávněnými zásahy atd. Naopak jeho otevřenost umožňovala naprogramovat potřebné speciální funkce, které nejsou součástí programu WinCC. Pro spojení WinCC s PLC jsou použity standardní ovládače Simatic S7 Protocol Suite využívající nastavení ovládačů Simatic RedConnect.

Použitý způsob komunikace a nastavení aplikace umožňují v daném okamžiku jedné stanici pracovat jako operátorská (tzn. s právem ovládat zavážecí stroj) a druhé jako monitorovací, přičemž v případě potřeby si obě PC mohou funkce vyměnit. Zavážecí stroj popř. může pracovat pouze s jedním PC ve funkci operátorské stanice. V tomto případě dojde po připojení druhého PC k automatické synchronizaci dat (nastavení aktuálního stavu, synchronizaci uložených a archivovaných dat – výstrah, časových průběhů atd.).

Základní funkce systému
Ovládání zavážecího stroje v automatickém režimu se zestručnilo na vytvoření požadavku na transport (typ transportovaného předmětu, počáteční a koncové virtuální souřadnice). Po spuštění tohoto programu se vygenerují a spustí jednotlivé elementární přesuny tak, aby požadovaný předmět byl bezpečně dopraven na požadované místo.

Závěr
Zpočátku roku 2002 byly provedeny závěrečné zkoušky a zavážecí stroj ZSII s modernizovaným řídicím systémem byl předán provozovateli. V týdnu od 4. 3. do 11. 3. 2002 byla provedena první zavážka 163 palivových souborů do aktivní zóny reaktoru druhého bloku. Dosavadní provoz ZSII potvrdil, že bylo dosaženo dobrých technických parametrů zavážecího stroje a že byl vytvořen moderní a velmi kvalitní systém řízení zavážecího stroje, který svými parametry převyšuje dosavadní systémy řízení obdobných zavážecích strojů.

Podle vyjádření pracovníků firmy Siemens jde o první použití systému S7-400H (Fault Tolerant System) v tak velkém rozsahu a konfiguraci na území bývalého tzv. východního bloku.

Mgr. Jaromír Hladík, DEL a. s.

DEL a. s.
Strojírenská 38
591 01 Žďár nad Sázavou
tel.: 616 64 39 06
fax: 616 62 16 57
e-mail: del@del.cz
http://www.del.cz